基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究

论文摘要

无线传感器技术作为物联网技术的典型代表,在理论研究和实际应用上都具有重要的意义。本文对基于无线传感器网络的远程抄表关键技术进行了较为深入的研究。主要工作包括：1.在应用无线传感器网络于远程抄表系统的过程中,具体介绍了低功耗数字燃气表系统设计,最后通过分析试验验证了设计燃气表的低功耗效果。2.提出了描述无线传感器网络可靠性的新方法,通过实验验证了传感器节点的寿命分布符合Weibull分布,进行基于传感器节点失效的无线传感器网络可靠性建模和无线传感器网路信息传输路径可靠性建模,定义了无线传感器网络中的传感器节点概率重要度,事件概率重要度以及特定事件中传感器节点的结构重要度；最后通过实验分析验证了无线传感器网络可靠性建模方法的正确性。3.提出了一种改进的时间同步算法,此算法符合后同步算法的思想,通过使用单个广播包建立起发送者和接收者之间的同步关系,消除传播时间外的其他延迟,提高了同步精度。4.针对燃气抄表系统的自身特点,提出了一套安全密钥管理方案,方案采用了路由节点建立骨干网,各节点彼此之间采用对偶密钥通信,从而保证了通信的覆盖面和通信的安全性与可靠性。本文所获得的结果对基于无线传感器网络技术的远程抄表应用研究具有很好的理论意义和应用价值。

论文目录

• 提要
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.2 无线传感器网络远程抄表的进展
• 1.3 本文工作
• 第2章 基于无线传感器网络燃气表的低功耗研究
• 2.1 燃气计量抄表系统结构
• 2.2 低功耗设计
• 2.2.1 硬件部分设计
• 2.2.2 软件部分设计
• 2.3 系统设计
• 2.3.1 处理器的选择
• 2.3.2 射频模块的选择
• 2.3.3 传感器模块设计
• 2.3.4 电源管理模块设计
• 2.4 燃气表工作流程
• 2.5 试验结果
• 2.5.1 各模块能量消耗
• 2.5.2 系统整体功耗分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 无线传感器网络可靠性建模方法研究
• 3.1 国内外研究现状
• 3.1.1 无线传感器网络可靠性的提高方法
• 3.1.2 无线传感器网络可靠性建模方法
• 3.2 无线传感器网络可靠性研究存在的问题
• 3.3 无线传感器网络可靠性的定义
• 3.4 传感器节点的可靠性建模方法
• 3.5 信息传输路径的可靠性建模方法
• 3.6 无线传感器网络可靠性建模方法
• 3.7 无线传感器网络中相关重要度
• 3.8 实验与分析
• 3.8.1 实验环境
• 3.8.2 无线传感器网络可靠性模型
• 3.8.3 无线传感器网络中相关重要度
• 3.9 本章小结
• 第4章 基于分层广播的无线传感器网络时间同步算法
• 4.1 无线传感器网络中的时间同步
• 4.1.1 后同步
• 4.1.2 传统时间同步算法比较
• 4.2 基于分层广播的时间同步算法
• 4.2.1 算法前提约束条件
• 4.2.2 算法描述
• 4.3 试验分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于无线传感器网络远程抄表系统的密钥管理研究
• 5.1 典型密钥管理方案分析
• 5.1.1 基于KDC的密钥管理
• 5.1.2 随机密钥的管理
• 5.1.3 基于分簇的密钥管理
• 5.2 燃气抄表系统的密钥管理概要设计
• 5.2.1 燃气抄表系统的拓扑结构
• 5.2.2 燃气抄表系统的密钥管理设计思想
• 5.2.3 密钥种类与功能
• 5.3 密钥管理的网络状态设计
• 5.3.1 入网密钥建立与分发流程
• 5.3.2 在网密钥更新流程
• 5.3.3 脱网密钥废弃流程
• 5.4 密钥管理的工作流程设计
• 5.4.1 数据帧格式
• 5.4.2 密钥管理的工作流程
• 5.5 性能分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢